Hintergrund der Erfindung und verwandte Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlgerät mit elektronischer
Kühlung, das Teil eines tragbaren Kühlers oder einer Kühlbox ist und den
Innenraum der Box durch Nutzung des Peltiereffekts einer elektronischen
Thermo-Einheit mit thermoelektrischen Kühlelementen kühlt.
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Ein Kühlgerät mit elektronischer Kühlung ist bekannt aus der
japanischen Patentveröffentlichung (KOKOKU) Nr. 5 - 17469, wonach eine
elektronische Thermo-Einheit mit thermoelektrischen Kühlelementen in einem
wärmeisolierenden Gehäuse des Kühlgeräts angebracht ist, um den
Innenraum des Gehäuses durch Nutzung des Peltiereffekts der Thermo-Einheit zu
kühlen. Fig. 3 und 4 zeigen einen Aufbau einer herkömmlichen Kühlbox mit
elektronischer Kühlung mit einem wärmeisolierenden Gehäuse 1 und dessen
Deckel 2. in einer Seitenwand des wärmeisolierenden Gehäuses 1 befindet
sich eine einfach plattenförmige elektronische Thermo-Einheit 3 aus
thermoelektrischen Kühlelementen, die so zusammengesetzt ist, daß die
wärmeabsorbierende Seite der Thermo-Einheit 3 ins Innere des Gehäuses 1 orientiert
ist und die wärmeabgebende Seite nach außen.
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Die Thermo-Einheit 3 besitzt eine einfache Form und besteht aus
mehreren in Reihe zusammengebauten thermoelektrischen Kühlelementen. Jedes
Kühlelement ist so gebaut, daß P - und N - Halbleiterelemente zwischen zwei
Keramik-Basisplatten in Form des kleinen griechischen Buchstaben pi
verbunden sind.
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Ein wärmeabsorbierendes Element 4 mit Kühlrippen ist wärmeleitend
auf der wärmeabsorbierenden Seite der elektrischen Thermo-Einheit 3
angebracht und ein wärmeabgebendes Element 5 mit Kühlrippen ist wärmeleitend
auf der wärmeabgebenden Seite der elektrischen Thermo-Einheit angebracht.
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Außerhalb des Gehäuses 1 ist ein Windkanal 6 angebracht, der die
Kühlrippen 5a des wärmeabgebenden Elements umgibt. An dem Windkanal 6 ist ein
Außenventilator angebracht, um die Kühlrippen 5a mit Außenluft zu versorgen
ist. Eine elektrische Gleichstromquelle 8, wie etwa eine Batterie, versorgt die
Thermo-Einheit mit Elektrizität.
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In dem oben beschriebnen, herkömmlichen Kühlgerät mit elektronischer
Kühlung ist die Wärmeaustauschleistung gering, da der Wärmeaustausch
zwischen der Luft im Inneren des Gehäuses 1 und dem
wärmeabsorbierenden Element 4 auf natürlicher Luftkonvektion beruht. Es wird daher keine
ausreichende Kühlleistung der thermoelektrischen Einheit erzielt.
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DE-A-36 39 089 beschreibt ein Kühlgerät mit elektronischer Kühlung,
das eine flache, in ein isoliertes Gehäuse eingebaute thermoelektrische
Einheit enthält; ein wärmeabsorbierendes Element mit Kühlrippen, die sich im
Inneren des Gehäuses befinden und wärmeleitend mit der
wärmeabsorbierenden Seite der Einheit verbunden sind, sowie einen inneren Ventilator, der
im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und die Luft im Inneren des
Gehäuses zu den Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements treibt. Wenn
notwendig können mehrere thermoelektrische Einheiten entweder in Reihe
oder parallel angeordnet verwendet werden.
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Obwohl ein solcher Innenventilator die Luftkonvektion im Inneren des
isolierten Gehäuses verbessert und dadurch besseren Wärmeaustausch
erreicht, wird dazu viel Platz benötigt, wordurch das Fassungsvermögen im
Inneren des isolierten Gehäuses zur Aufbewahrung zu kühlender Waren
beachtlich verringert ist.
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Die gegenwärtige Erfindung wurde hinsichtlich der oben genannten
Nachteile gemacht und stellt ein Kühlgerät mit elektronischer Kühlung bereit,
das eine verbesserte Kühlleistung im Inneren des Geräts aufweist, während
maximaler Raum zur Kühlung von Waren zur Verfügung steht und das
Kühlgerät einfach zu verwenden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Um die oben genannten Ziele zu erreichen besitzt das Kühlgerät mit
elektronischer Kühlung der Erfindung folgenden Aufbau:
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1. Das Kühlgerät besitzt auf seiner Innenseite ein wärmeabsorbierendes
Element mit Kühlrippen, die wärmeleitend mit der wärmeabsorbierenden Seite
einer thermoelektrischen Einheit verbunden sind, und einen Innenventilator,
der die Luft im Kühlgerät zu den in Reihen angeordneten Kühlrippen des
wärmeabsorbierenden Elements treibt.
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2. Erfindungsgemäß befindet sich der Innenventilator der in 1.
beschriebenen Struktur innerhalb der in Reihen angeordneten Kühlrippen des
wärmeabsorbierenden Elements.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Thermo-Einheit vertikal
angeordnet und in einer Wand des Gehäuses des Kühlgeräts eingebaut, und
die Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements, die mit der
wärmeabsorbierenden Seite der Thermo-Einheit verbunden sind, sind ebenfalls vertikal
angeordnet. Auch ist an einer unteren Seite des wärmeabsorbierenden
Elements ein Kondensatfänger bereitgestellt, der von den in Reihen
angeordneten Kühlrippen tropfenden Tau auffangen kann und außerhalb des
Gehäuses entsorgt.
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Weiterhin können mehrere wärmeleitend beschichtete
thermoelektrische Einheiten innerhalb des wärmeisolierenden Gehäuses bereitgestellt
werden.
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In der oben beschriebenen Struktur wird die Luft im Inneren des
Gehäuses zu den in das Gehäuse stehenden, in Reihen angeordneten
Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements getrieben, so daß die Rate des
Wärmeaustauschs zwischen dem wärmeabsorbierenden Element und der Luft
im Inneren des Gehäuses verglichen zu natürlichen Konvektionssystemen
mehrfach erhöht wird. Das Kühlgerät mit elektronischer Kühlung weist daher
genügend Kühlfähigkeit auf. Da der Innenventilator innerhalb der in Reihen
angeordneten Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements angebracht ist,
wird der begrenzte Raum im Inneren des Gehäuses effektiv genutzt.
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Weiterhin sind mehrere thermoelektrische Einheiten geschichtet und
zusammen als Thermo-Einheit angeordnet, so daß der Temperaturunterschied
zwischen der wärmeabsorbierenden und der wärmeabgebenden Seite
wirksam vergrößert wird. So kann die Kühlfähigkeit erhöht werden. Auch sind die
Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements vertikal angeordnet, und der
Kondensatfänger an der unteren Seite des wärmeabsorbierenden Elements
angebracht, um den die Kühlrippen entlangfließenden und von ihnen
tropfenden Tau aufzufangen und ihn außerhalb des Gehäuses zu entsorgen. Es ist
also leicht möglich, den auf den Oberflächen der Kühlrippen gebildeten Tau
durch den Kondensatfänger nach außerhalb des Gehäuses abzuleiten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt, der den Aufbau einer Ausführung der
Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführung;
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Fig. 3 ist ein vertikaler Schnitt, der den Aufbau eines herkömmlichen
Kühlgeräts mit elektronischer Kühlung zeigt; und
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht des in Fig. 3 gezeigten Kühlgeräts.
Genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Die Ausführung der Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 1
und 2 erklärt. In den Zeichnungen besitzen gleiche Elemente, die in Fig. 3 und
4 vorkommen, die gleiche Numerierung.
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Im Aufbau der Ausführungsform, wie in den Zeichnungen dargestellt, ist
eine flache, einfach plattenförmige thermoelektrische Einheit 3 vertikal an
einer Seitenwand eines wärmeisolierenden Gehäuses 1 an-oder eingebaut, so
daß eine wärmeabsorbierende Seite ins Innere des Gehäuses 1 orientiert ist.
Ein wärmeabsorierendes Element 4 mit Kühlrippen 4a (aus extrudiertem
Aluminium) ist wärmeleitend an der Thermo-Einheit 3 im Inneren des Gehäuses 1
angebracht. Ein Innenventilator 9 ist in die Kühlrippen 4a oder die Reihen von
Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements 4 eingebaut. Luft im Inneren
des Gehäuses wird durch den Innenventilator 9 zu den Kühlrippen 4a des
wärmeabsorbierenden Elements 4 getrieben.
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Eine wärmeabgebende Seite der Thermo-Einheit 3)ist durch einen
wärmeabgebenden Block 10 mit einem Wärmerohr 11 verbunden. Das
Wärmerohr 11 reicht zu einer Innenseite eines Windkanals 6. Wärmestrahende
Kühlrippen 11 a des Wärmerohrs 11 werden von einem Außenventilator 7
gekühlt. Weiterhin sind die Kühlrippen 4a des wärmeabsorbierenden Elements
4 vertikal angeordnet, und ihre unteren Enden diagonal zugeschnitten. Ein
Kondensatfänger 12 ist unterhalb der Kühlrippen 4a bereitgestellt, und ein
Ableitungsrohr 12 a, das von dem Kondensatfänger ausgeht, dringt durch das
Gehäuse 1 und wird zu dessen Außenseite geführt.
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Wenn in dem oben beschriebenen Aufbau die thermoelektrische Einheit
3 in einer vorherbestimmten Richtung von einer Gleichstromquelle 8
Elektrizität erhält, wird im Inneren des Gehäuses Wärme absorbiert und an dessen
Außenseite Wärme abgegeben, um dadurch das wärmeabsorbierende
Element 4 durch den bekannten Peltiereffekt zu kühlen. Die von der
Thermo-Einheit 3 erzeugte Wärme wird durch das Wärmerohr 11 an die Atmosphäre
abgestrahlt.
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Innerhalb des Gehäuses wird die enthaltene Luft durch den
Innenventilator 9 der durch die Gleichstromquelle 8 betrieben wird, in Richtung der
Kühlrippen 4a des wärmeabsorbierenden Elements 4 in Umlauf getrieben, so daß
hoher Energieaustausch entsteht. Der Raum im Inneren des Gehäuses wird
so effektiv und gleichmäßig gekühlt.
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Tau, der sich aufgrund der Kühlung des Inneren des Gehäuses auf den
Oberflächen der Kühlrippen des wärmeabsorbierenden Elements 4 bildet,
fließt die Oberflächen der Kühlrippen 4a entlang und tropft von deren unteren,
diagonal zugeschnittenen Enden zu dem Kondensatfänger 12, der ihn dann
außerhalb des Gehäuses durch das Ableitungsrohr 12a entsorgt.
Unannehmlichkeiten, wie etwa die Ansammlung von Wasser innerhalb des
Gehäuses 1, kommen daher nicht vor.
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Die einfach plattenförmige thermoelektrische Einheit 3, die generell im
Handel erhältlich ist, besitzt eine Dicke von ungefähr 3,5 - 5 mm, und die
wärmeabsorbierende sowie die wärmeabgebende Seite sind durch eine
Keramikplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit elektrisch isoliert. Der
Temperaturunterschied zwischen der wärmeabsorbierenden und der wärmeabgebenden Seite
beträgt etwas über zehn Grad Celsius. In einem Kühlgerät oder einer Kühlbox,
die außerhalb eines Hauses bei hoher Lufttemperatur im Sommer verwendet
werden, kann daher möglicherweise nicht genügend Kühlfähigkeit erzielt
werden, wenn nur eine Thermo-Einheit verwendet wird, doch hängt das von der
Kapazität des Kühlgeräts ab.
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In der gegenwärtigen Erfindung werden daher mehrere (zwei oder drei)
Thermo-Einheiten wärmeleitend zusammengeschichtet und im Inneren des
Gehäuses 1 angeordnet, so daß der Temperaturunterschied zwischen dem
Inneren und dem Äußeren des Gehäuses effektiv erhöht wird, um so das
Kühlvermögen zu stärken. In diesem Fall ist es vorteilhaft, den Wärmeeit-
Widerstand z.B. durch Bestreichen der Kontaktoberflächen der jeweiligen
Thermo-Einheiten mit wärmeleitendem Fett zu verringern.
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Das obige Beispiel betrifft übrigens ein tragbares Kühlgerät oder eine
Kühlbox, doch kann die gegenwärtige Erfindung auch als Kühlschrank mit
geringem Fassungsvermögen, beispielsweise im Gästezimmer eines Hotels
angebracht, oder als Kühl - oder Wärmebox zur Kühlung oder Erwärmung des
Inneren der Box verwendet werden, indem man die Richtung der
Stromversorgung der thermoelektrisclien Einheit ändert.
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Wie oben erläutert erhält man übereinstimmend mit dem Aufbau der
Erfindung folgenden Vorteile:
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1. Der Innenventilator ist im Inneren des Gehäuses angebracht,
und Luft im Inneren des Gehäuses wird zu dem wärmeabsorbierenden
Element mit den Kühlrippen getrieben, welches wärmeleitend an die
thermoelektrische Einheit angebracht ist. Es ist daher möglich, die
Wärmeaustauschfähigkeit um ein Mehrfaches gegenüber einem natürlichen Konvektionssystem
zu erhöhen, um dadurch das Innere des Gehäuses wirksam zu kühlen. Da der
Innenventiator in die in Reihen angeordneten Kühlrippen des
wärmeabsorbierenden
Elements eingebaut ist, kann der Raum des Gehäuses günstig
ausgenützt werden.
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2. Da der Kondensatfänger unter dem wärmeabsorbierenden
Element angebracht ist, ist es praktisch, den sich auf den Oberflächen der
Kühlrippen bildenden Tau außerhalb des Gehäuses zu entsorgen.
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3. Da mehrere der thermoelektrischen Einheiten geschichtet
verwendet werden, wird der Temperaturunterschied zwischen der
wärmeabsorbierenden und der wärmeabgebenden Seite erhöht und dadurch die
Kühlfähigkeit verbessert.